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2024年 第75卷 第10期 刊出日期:2024-10-25
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    本期中英文目录、封面
    化工学报. 2024, 75(10):  0. 
    摘要 ( 69 )   PDF (13276KB) ( 77 )  
    相关文章 | 多维度评价
    综述与专论
    直接Z型异质结体系光催化还原二氧化碳研究进展
    皮若冰, 周云龙
    化工学报. 2024, 75(10):  3379-3400.  doi:10.11949/0438-1157.20240245
    摘要 ( 272 )   HTML ( 37 )   PDF (5752KB) ( 203 )  
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    全球变暖与能源不足是世界性难题,利用太阳能通过光催化还原二氧化碳为高附加值的含碳化学品有望成为解决以上问题的重要途径。因此,制备高效且低成本的光催化材料至关重要。已知的双组分催化剂中,直接Z型异质结光催化剂因其较低的光生电子空穴复合率、强氧化及还原能力和较高的光催化反应效率得到广泛关注。综述了光催化还原二氧化碳的原理,直接Z型异质结的确认方法(包括光催化还原实验、自由基鉴别实验、原位辐照X射线光电子能谱、金属负载及理论计算等方法),明确了直接Z型异质结的光催化机理。此外,总结了直接Z型异质结结构中承担氧化或还原作用的常见催化剂的现阶段研究现状。最后,对于该领域发展所面临的挑战和机遇进行了总结和展望。

    热力学
    液化天然气冷能梯级利用的多功能集成系统研究
    向腾龙, 王治红, 汪贵, 李龙
    化工学报. 2024, 75(10):  3401-3413.  doi:10.11949/0438-1157.20240479
    摘要 ( 208 )   HTML ( 20 )   PDF (1768KB) ( 104 )  
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    为了从天然气发电厂的烟气中捕获二氧化碳(CO2)并回收液化天然气(LNG)的冷能,提出了一种分级回收LNG冷能的工艺。该工艺将液化天然气按温度分为深冷、中冷和浅冷,并将每一段冷能分别与循环介质相匹配,以回收LNG冷能、水和捕获CO2,同时向外界输送电力。在有机朗肯循环(ORC)中,热源是烟道气,冷源是液化天然气。系统的热力学分析表明,该系统的热回收效率、冷能利用率、发电效率和㶲效率分别为41.55%、14.34%、10.80%和53.60%。CO2捕获量和冷能发电量分别为177.30 kg/t和25.86 kWh/t。此外,对LNG再气化压力进行了研究,在气化压力为1.00 MPa时,CO2捕集率达到最大。较高的㶲效率表明了分级冷能利用工艺设计的新颖性以及工作流体在ORC中使用的适宜性。

    超临界二氧化碳混合工质储能系统热力学分析
    王迪, 崔颖晗, 孙灵芳, 周云龙
    化工学报. 2024, 75(10):  3414-3423.  doi:10.11949/0438-1157.20240521
    摘要 ( 153 )   HTML ( 19 )   PDF (2387KB) ( 324 )  
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    为了解决可再生能源的间歇性和不稳定性等问题,基于超临界压缩二氧化碳储能(supercritical compressed carbon dioxide energy storage,SC-CCES)系统,利用CO2基二元混合物作为循环工质,对系统进行热力学性能分析。研究不同混合工质在不同比例下的储能性能以及储能系统往返效率和储能密度的变化规律。结果表明:超临界CO2混合工质储能系统的往返效率随着混入氪气质量分数的增加而升高,且高于单一CO2工质的往返效率;随着混入异丁烷、R32、R134a、丙烷的质量分数的增加能够使储能密度逐渐增加。研究结果可对未来建设CO2混合工质储能循环工程应用奠定理论基础。

    流体力学与传递现象
    V形沟槽纳米线团簇表面的毛细抽吸-补液蒸发传热特性研究
    王禹丹, 徐晨, 阮达, 春江, 马学虎
    化工学报. 2024, 75(10):  3424-3436.  doi:10.11949/0438-1157.20240480
    摘要 ( 103 )   HTML ( 15 )   PDF (1608KB) ( 76 )  
    数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 多维度评价

    利用V形沟槽纳米线团簇表面的毛细抽吸和补液特征,结合实验观测和建模分析对表面的薄液膜蒸发进行研究。探究了表面结构参数和沟槽液位对蒸发性能的影响,建立薄液膜蒸发模型求解纳米线团簇和V形沟槽中的液膜轮廓方程并分析传热性能。结果表明,随着纳米线直径减小和高度增大,薄液膜蒸发传热系数增大,最高可达369 kW/(m2·K)。团簇内液膜在毛细力驱动下具有极高的爬升速度,使得小持液量下液膜仍位于团簇顶端蒸发。沟槽液膜完全润湿沟槽且与团簇顶端液膜相连通,为团簇蒸发补液,沟槽液位下降不影响团簇顶端蒸发,能够延伸薄液膜长度并减薄沟槽侧壁液膜厚度,进一步强化传热。纳米线团簇中液膜宏观传热系数显著高于沟槽,证明了团簇在整体蒸发中的决定性贡献,阐明了V形沟槽纳米线团簇表面薄液膜蒸发微观机制。

    加热表面材质对核态沸腾换热影响的流-热耦合数值研究
    朱子厚, 潘丰, 赵鹏飞, 贺缨
    化工学报. 2024, 75(10):  3437-3451.  doi:10.11949/0438-1157.20240147
    摘要 ( 68 )   HTML ( 14 )   PDF (2850KB) ( 47 )  
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    不同材质的加热表面因其热物性参数存在差异,在沸腾过程中会表现出不同的热响应特性,对气泡成核、生长脱离也有一定影响。为深入探究加热表面热物性对单气泡沸腾过程中加热表面热响应与气泡动力学行为之间相互作用的影响机理,基于开源软件OpenFOAM,通过对微液层内传热传质过程进行分析,建立了包含传热、相变和流动的流-热耦合模拟框架。首先对铜、铝和硅表面上不同尺寸的汽化核心进行了单气泡沸腾模拟,结果表明,随着导热性能的提升,加热表面过热度下降,气泡等待周期缩短,同时随着汽化核心尺寸的减小,加热表面热物性对气泡等待周期的影响逐渐减弱。另外,对于覆有石墨烯涂层的铜表面,石墨烯涂层的存在增强了沸腾表面热量的横向扩散,由于基底材料向上传递热量的速度慢,同时加热表面因液层蒸发带走热量多,导致汽化核心处过热度恢复较慢,出现了更低的表面过热度和更长的气泡等待周期。

    微通道型气泡泵驱动两相流传热特性
    田镇岭, 陈志豪, 宇高义郎
    化工学报. 2024, 75(10):  3452-3463.  doi:10.11949/0438-1157.20240381
    摘要 ( 99 )   HTML ( 13 )   PDF (3132KB) ( 178 )  
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    基于沸腾现象的浸没式液冷技术适用于芯片(服务器、数据中心等)以及电机冷却等,可实现冷却系统的模块化、集成化和小型化,具有广阔的应用前景。在浸没式液冷系统的开发中,通常希望在不影响系统性能的前提下,尽量减少冷却工质的充填量。提出气泡泵技术,降低冷却系统中液体工质充填量,同时利用沸腾气泡驱动的气液两相上升流作为动力,驱动工质循环冷却整个系统。选取Novec-7100为工质,建立可视化实验系统,针对气泡泵驱动的气液两相流动特性、气液输运性能以及传热性能展开研究。结果表明,所构建的3 mm × 3 mm微通道型气泡泵冷却系统,在120 mm的冷却液浸没高度下实现了所选取参数范围内的最佳性能,可在0.89~9.68 W/m2的热通量范围内实现两相流循环输运。

    余热锅炉入口管箱底面沉积特性
    赵浩然, 黄嗣罗, 林梅
    化工学报. 2024, 75(10):  3464-3476.  doi:10.11949/0438-1157.20240472
    摘要 ( 62 )   HTML ( 9 )   PDF (3122KB) ( 35 )  
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    采用计算流体力学软件,基于Euler-Lagrange方法,对一种余热锅炉入口管箱底面沉积特性进行数值模拟,详细研究了质量流量(0.002~0.010 kg·s-1)、入口速度(1.5~3.5 m·s-1)以及颗粒直径(20~60 μm)对底面沉积特性的影响规律。模拟的气固两相速度与实验数据吻合较好,验证了模型的适用性。模拟结果表明:(1)当颗粒直径不变时,为了改善底面沉积情况,应当尽量减小入口速度和颗粒质量流量;(2)当颗粒质量流量不变时,若颗粒直径小于40 μm,较小的入口速度能够较好地改善底面沉积情况;若颗粒直径大于40 μm,增大入口速度能够显著改善底面沉积情况;若颗粒直径为40 μm,入口速度的变化几乎不能改变底面沉积速率;(3)当入口速度不变时,为了改善底面沉积情况,应当尽量减小颗粒直径和颗粒质量流量。

    涡流空气分级流场中团聚体破碎规律研究
    刘克润, 于源
    化工学报. 2024, 75(10):  3477-3487.  doi:10.11949/0438-1157.20240470
    摘要 ( 61 )   HTML ( 10 )   PDF (2589KB) ( 46 )  
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    为探究颗粒团聚体在分级机流场内的破碎规律,基于软球模型研究了涡流空气分级流场中团聚体破碎行为及组成团聚体的单颗粒粒径、单颗粒数和团聚体形状对团聚体破碎的影响。结果表明:团聚体进入分级流场后在流体曳力的作用下先发生变形随后破碎;颗粒越小,其组成的团聚体团聚性越强;球形团聚体团聚性最强,圆柱体团聚体次之,立方体团聚体团聚性最弱;组成团聚体的单颗粒数越多,其在分级流场中完全解团所需时间越长,当团聚体大到一定程度时可能无法完全解团则被收集为粗粉,导致“鱼钩效应”。因此,通过优化流场延缓团聚体沉降或对粉体原料预分散处理有利于团聚体解团。

    多孔介质-文丘里气泡发生器产气特性
    蔡伟华, 王玉航, 张文超, 李少丹, 刘鑫龙, 蔡本安, 王金成
    化工学报. 2024, 75(10):  3488-3497.  doi:10.11949/0438-1157.20240317
    摘要 ( 105 )   HTML ( 7 )   PDF (4337KB) ( 60 )  
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    将多孔介质发泡技术与文丘里气泡发生器相结合开发多孔介质-文丘里气泡发生器,以去离子水和空气为工质进行产气特性可视化实验研究,拍摄观察区域内气泡行为,分析多孔介质-文丘里气泡发生器产气规律,讨论水流量和气流量的影响规律。实验结果表明,与传统文丘里气泡发生器相比,在相同入口Reynolds数下,多孔介质-文丘里气泡发生器产生的气泡Sauter平均直径缩小25.3%~47.4%,标准差缩小24.4%~62.2%,说明改进的气泡发生器气泡Sauter平均直径更小,气泡粒径更均匀。水流量由5.01 m3/h增大到14.98 m3/h,多孔介质-文丘里气泡发生器产生的气泡Sauter平均直径由0.89 mm减小至0.29 mm,标准差由0.32 mm减小至0.085 mm;气流量由0.30 L/min增大到1.79 L/min,多孔介质-文丘里气泡发生器产生的气泡Sauter平均直径由0.33 mm增大到0.48 mm。说明水流量增大或气流量减小时,气泡发生器产生的气泡平均直径变小,气泡粒径分布更均匀。相关研究成果可为文丘里气泡发生器的优化提供新思路。

    分形排布式穿流搅拌桨强化流体混沌混合行为
    谷德银, 李昌树, 杨豪, 刘作华
    化工学报. 2024, 75(10):  3498-3506.  doi:10.11949/0438-1157.20240488
    摘要 ( 74 )   HTML ( 3 )   PDF (3290KB) ( 44 )  
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    为减小混合隔离区、增大混沌混合区、强化流体的混沌混合过程,基于分形理论的自相似特性提出一种具有分形排布式穿流孔的搅拌桨强化流体的混沌混合行为。采用计算流体力学(CFD)和实验相结合的方法探究了流体混合过程中的功耗特性、速度分布、剪切应变率分布、隔离区结构以及Poincare截面。研究结果表明,在相同Reynolds数下,与Rushton桨相比,分形排布式穿流搅拌桨(FAPT)能够有效降低搅拌功耗和功率准数,而且随着穿流孔分形迭代次数的增加,搅拌功耗和功率准数进一步降低。其中,FAPT-1体系的功率准数降低6.57%~12.50%,FAPT-2体系的功率准数降低10.95%~19.32%,FAPT-3体系的功率准数降低15.25%~24.66%。在相同功耗下,与Rushton桨相比,FAPT桨能够增强对流体的剪切作用,增大剪切应变率,减小混合隔离区,缩短流体的混合时间,提高流体的混合效率,而且随着穿流孔分形迭代次数的增加这一效果更为明显。

    颗粒黏附率对载颗粒气泡上升行为特性的实验研究
    吴晅, 李晓峰, 董慧, 孙高瑾, 刘孝培, 王正阳
    化工学报. 2024, 75(10):  3507-3517.  doi:10.11949/0438-1157.20240494
    摘要 ( 81 )   HTML ( 11 )   PDF (1764KB) ( 52 )  
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    利用高速摄像技术研究载颗粒气泡上升行为特性,引入颗粒黏附率定量表征气泡的颗粒黏附量,用聚甲基丙烯酸甲酯 (PMMA) 颗粒物料作为颗粒床层基本材料,观察在不同粒径和不同流量下气泡颗粒黏附率的变化过程,分析载颗粒的气泡形态、气泡尺寸、气泡垂直上升速度的变化规律,揭示了载颗粒气泡的上升行为特性。研究结果表明:颗粒粒径300 μm条件下流量增大会使气泡负载颗粒量减小,导致颗粒黏附率降低,但粒径的减小可以有效抵消流量增大对颗粒黏附率的影响;在较大粒径条件下,颗粒黏附率越大,气泡形态越稳定,气泡整体尺寸越小,气泡垂直上升速度越低;减小载颗粒粒径可以减弱流量对气泡的形态、尺寸和垂直上升速度的影响;颗粒黏附率近似的气泡,颗粒粒径的减小会增加异形气泡的产出。

    范德华力对磁场流化纳米颗粒运动的影响
    陈巨辉, 安然, 李丹, 高浩铭, 张坤
    化工学报. 2024, 75(10):  3518-3527.  doi:10.11949/0438-1157.20240078
    摘要 ( 83 )   HTML ( 5 )   PDF (4382KB) ( 29 )  
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    纳米颗粒存在较强的颗粒间作用力。在传统磁化模型基础上添加范德华力模型,采用有限体积法(FVM)与离散单元法(DEM)进行数值模拟,运用Fluent-EDEM双平台耦合进行气固两相流分析,研究不同磁场方向与不同磁感应强度下范德华力对纳米颗粒运动的影响。结果表明,纳米颗粒间的范德华力对磁场流化床中颗粒运动的影响不可忽略,其在低磁感应强度下与磁化力之间存在明显牵制关系;磁场角度为0°时纳米颗粒分层现象明显,随场强增大分层效果逐渐缓解;范德华力也会在一定程度上促使颗粒运动方向发生偏转。范德华力模型的引入进一步拓宽了磁化模型的适用范围,为研究纳米颗粒在磁场中的运动提供数据支持。

    扭曲管同轴套管换热器强化传热和流阻特性
    尹应德, 农雅善, 李远羽, 刘世杰
    化工学报. 2024, 75(10):  3528-3535.  doi:10.11949/0438-1157.20240459
    摘要 ( 73 )   HTML ( 5 )   PDF (1242KB) ( 27 )  
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    开发一种新型扭曲管同轴套管换热器,对其传热和流动特性进行实验测试,并拟合管程及壳程的Nusselt数(Nu)和摩擦因子(f)关联式。实验结果表明:随着流速的增大,总传热系数和流阻升高。在测试范围内(0.1~1.5 m/s),总传热系数增幅约为34%,管程流阻从37 Pa升高约120倍至6033 Pa,壳程流阻从361 Pa升高至130761 Pa。当1000<Re10000时,扭曲管同轴套管换热器综合评价因子(η)>1,最高为2.3;当10000<Re<30000时,η<1。在管程流速为0.1~0.5 m/s、壳程流速为0.1~0.4 m/s的范围内,扭曲管同轴套管换热器的整体综合性能最佳,说明扭曲管同轴套管换热器适用于小型制冷空调设备,适合Reynolds数较低的应用场景。

    基于多特征混合与GWO-SVM的气液两相流流型识别方法
    施艳艳, 杨珍, 王萌, 夏济根
    化工学报. 2024, 75(10):  3536-3547.  doi:10.11949/0438-1157.20240303
    摘要 ( 73 )   HTML ( 1 )   PDF (4110KB) ( 15 )  
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    气液两相流流型识别对提高石油化工行业产能和生产效率具有重要作用。针对气液两相流电导波动信号的强非线性和非平稳特性导致特征提取困难、影响流型识别精度的问题,提出了一种基于多特征混合与灰狼算法优化支持向量机(GWO-SVM)气液两相流流型识别方法。研究中,分别采用统计分析法和熵分析法对电导波动信号的不同统计特征和归一化近似熵特征进行提取,并将两类特征混合构成数据集,再利用灰狼算法(GWO)对支持向量机(SVM)模型进行优化,以提高流型识别精度。气液两相流流型识别实验表明,所提方法比SVM、PSO-SVM和GA-SVM方法具有更高的识别精度,流型平均识别率达到98.45%。

    催化、动力学与反应器
    Ni/Al2O3与ZnO距离对含硫菲加氢性能的影响
    潘越, 刘相洋, 黄奕晨, 李江涛, 邱丽, 李瑞丰, 李莎, 闫晓亮
    化工学报. 2024, 75(10):  3548-3556.  doi:10.11949/0438-1157.20240466
    摘要 ( 65 )   HTML ( 1 )   PDF (2437KB) ( 24 )  
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    将菲深度加氢制得全氢菲(航空燃料的主要成分),是实现煤焦油清洁高效利用的有效途径之一。为解决Ni基催化剂在深度加氢过程中的硫中毒问题,将具有优异加氢性能的Ni/Al2O3催化剂与脱硫剂ZnO以4种不同方式耦合,系统考察了Ni/Al2O3与ZnO距离对含硫菲加氢性能的影响,并借助X射线衍射仪和X射线光电子能谱仪对催化剂的结构进行表征。结果表明,距离最近的装填方式Ⅳ展现出最优异的催化性能,10 h后菲的转化率和二苯并噻吩的脱硫率仍能维持在100.0%,目标产物全氢菲的选择性为98.0%。表征结果显示较近的距离促进了二苯并噻吩加氢脱硫产生的中间硫物种及时与ZnO作用生成ZnS。两种位点间相互作用的调控使催化剂兼具深度加氢和加氢脱硫性能,进而提升了Ni/Al2O3催化剂在含硫菲加氢反应中的稳定性。

    高压法LDPE管式反应器的结构优化方法
    从文杰, 黄嘉雯, 范小强, 杨遥, 王靖岱, 阳永荣
    化工学报. 2024, 75(10):  3557-3567.  doi:10.11949/0438-1157.20240420
    摘要 ( 136 )   HTML ( 2 )   PDF (2062KB) ( 61 )  
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    高压管式反应器是生产低密度聚乙烯(LDPE)和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)等产品的重要装备。高压聚合反应条件苛刻,高压管式反应器的设计不仅要满足聚合反应工艺要求,还要满足装备的机械强度和疲劳寿命要求。以高压法LDPE管式反应器为研究对象提出了管式反应器结构的两步法优化策略,首先根据超高压容器标准确定反应器的管径比要求,并基于管式反应器的详细模型计算引发剂配方对管式反应器升温速率的影响规律,然后以单位转化率下的年度总费用作为目标函数,采用遗传算法优化得到反应器的管径、分区长度等结构参数。所提出的管式反应器的结构优化方法具有较高的准确性,可为高压法LDPE管式反应器的优化设计和技术改造提供理论指导。

    Pt-Bi界面结构调控及其催化甘油选择性氧化反应性能
    于志奕, 方俊彦, 陈文尧, 钱刚, 段学志
    化工学报. 2024, 75(10):  3568-3578.  doi:10.11949/0438-1157.20240475
    摘要 ( 88 )   HTML ( 4 )   PDF (5050KB) ( 34 )  
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    通过原子层沉积(ALD)技术和浸渍-还原法,分别制备了两种具有不同Pt-Bi界面结构的Pt基催化剂:Pt/Bi2O3-CNTs和PtBi/CNTs,结合实验和密度泛函理论(DFT)计算比较研究了两种催化剂上甘油选择性氧化反应行为。表征结果显示,Pt/Bi2O3-CNTs催化剂中存在相对均一的Pt-Bi2O3界面结构,而PtBi/CNTs催化剂则形成了Pt1Bi1金属间化合物。活性评价实验发现,两种催化剂均促进了甘油仲羟基的优先氧化;相对而言,Pt/Bi2O3-CNTs催化剂由于具有较小的粒径和较高的Pt0 4f结合能从而表现出较好的甘油氧化反应活性,PtBi/CNTs催化剂会导致产物1,3-二羟基丙酮(DHA)的深度氧化。进一步的DFT计算结果表明,两种催化剂上甘油仲羟基氧化生成DHA过程的决速步骤均为仲碳上C—H键断裂反应,Pt/Bi2O3-CNTs催化剂上该步骤的能垒相对较低,因而表现出更高的反应活性;PtBi/CNTs催化剂表面,DHA较容易吸附,因此更易被深度氧化。

    CTAB辅助晶种法制备ZSM-5催化MTP反应
    张昊, 刘民, 郭新闻
    化工学报. 2024, 75(10):  3579-3587.  doi:10.11949/0438-1157.20240352
    摘要 ( 54 )   HTML ( 1 )   PDF (2110KB) ( 11 )  
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    在晶种法合成过程中添加不同比例的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为晶体生长抑制剂制备了一系列纳米ZSM-5团聚体分子筛样品。采用XRD、SEM、ICP、氩气物理吸附、NH3-TPD等分析手段表征了催化剂的孔结构和酸性等,并阐述了CTAB对ZSM-5分子筛物化性质的影响:适量CTAB的添加在促进ZSM-5分子筛晶化的同时可抑制晶体的进一步生长,使初级纳米晶粒产生团聚,增加了比表面积,促进了微孔孔道的构筑,增加了酸性位点。采用固定床反应器评价了样品在高空速下的甲醇制丙烯(MTP)催化性能。结果显示,样品Z5-2(合成初始物料中CTAB/SiO2摩尔比为0.02)具有适宜的孔结构和酸量,表现出较好的催化性能,丙烯选择性为47.6%。

    钌基催化剂配位环境对聚乙烯氢解性能的影响
    颜诗宇, 高姣姣, 杨太顺, 谢尚志, 杨艳娟, 徐晶
    化工学报. 2024, 75(10):  3588-3599.  doi:10.11949/0438-1157.20240634
    摘要 ( 76 )   HTML ( 8 )   PDF (4934KB) ( 57 )  
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    聚乙烯氢解可以产生多种碳氢化合物,产品分布非常宽,产物选择性调控具有一定挑战性。通过调控钌负载量制备了不同钌粒径的Ru/CeO2催化剂,利用TEM、in situ DRIFTS和模型计算等多种技术,发现聚乙烯催化氢解的产物分布与钌金属配位环境密切相关。表征和模型计算表明,不同尺寸的钌纳米颗粒具有不同的几何结构和配位环境。钌平均粒径为0.85 nm时,低配位的边/角位点占主导,其C2~C40选择性达到92%。钌平均粒径达到2.75 nm时,高配位的平台位点占主导,C2~C40选择性仅为8%,甲烷选择性高达92%。结合截断六角双锥模型和CO-DRIFTS实验,推断Ru/CeO2催化剂上产物的选择性可能与聚乙烯氢解中间体和钌纳米颗粒表面的相互作用有关,提出了Ru/CeO2催化剂上聚乙烯氢解两种反应路径与配位环境的关系。

    微反应器内颜料红57连续化合成工艺
    王法军, 陈安, 徐建鸿
    化工学报. 2024, 75(10):  3600-3609.  doi:10.11949/0438-1157.20240304
    摘要 ( 74 )   HTML ( 4 )   PDF (1703KB) ( 23 )  
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    偶氮色淀颜料属于重要的有机颜料品种之一,广泛应用于各类工业领域。利用微反应器技术实现颜料红57的连续化合成,对于偶氮色淀颜料生产技术的革新有重要意义。首先,搭建微反应器系统,并在系统内对重氮化反应、偶合反应、色淀化反应过程进行反应条件优化。在最优的反应条件下,重氮盐的收率大于99%,颜料红收率大于99%,颜料红色淀后的固体回收率接近100%。然后,采用不同碱金属盐或者碱土金属溶液进行色淀化反应,实现对颜料色光的调控。其中,Sr2+、Ba2+色淀后色光偏亮,同时偏红偏黄;Zn2+、Mg2+、Mn2+色淀后色光偏暗,同时偏绿偏蓝。

    颗粒分辨的乙炔选择性加氢固定床反应器数值模拟
    李泓宇, 刘祥坤, 施尧, 曹约强, 钱刚, 段学志
    化工学报. 2024, 75(10):  3610-3622.  doi:10.11949/0438-1157.20240406
    摘要 ( 63 )   HTML ( 1 )   PDF (4093KB) ( 32 )  
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    乙烯产量是反映国家石油化工发展水平的关键指标。构建了颗粒分辨的乙炔选择性加氢固定床反应器模型,分析圆柱形颗粒堆积结构对传递过程以及操作条件对其反应性能的影响。结果表明,床层压降主要集中在反应器入口段,该段乙炔加氢反应速率最高,但在后半段催化剂颗粒未被充分利用,而且反应器内存在明显的径向温度梯度。入口压力的增加和空速的降低均有利于提升乙炔转化率,但同时会降低乙烯选择性,其中乙烯选择性对压力更敏感,而乙炔转化率对空速更敏感;反应温度和氢炔比的提高均有利于促进乙炔生成乙烯的速率,但会导致乙烯富集在催化剂颗粒的外表面,其进一步向颗粒内部扩散时过度加氢生成乙烷,使乙烯选择性降低。

    Al2O3载体孔结构优化:提升FeMo/Al2O3催化剂在焦炉煤气加氢脱硫性能
    王龙龙, 秦志峰, 班红艳, 李乃珍, 杜朕屹, 于峰, 翟志强, 吴琼笑
    化工学报. 2024, 75(10):  3623-3638.  doi:10.11949/0438-1157.20240259
    摘要 ( 63 )   HTML ( 0 )   PDF (5992KB) ( 19 )  
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    探讨了Al2O3载体孔结构对FeMo/Al2O3预加氢脱硫(HDS)催化剂活性和选择性的影响,采用浸渍法制备了一系列具有不同孔结构的FeMo/Al2O3催化剂,并通过微型固定床技术对其在模拟焦炉煤气中COS、CS2、C4H4S和C2H4的HDS活性和选择性进行了系统评价,通过N2吸附-脱附、红外碳硫、XRD、NH3-TPD、H2-TPR、XPS、Raman以及HRTEM等技术对催化剂进行了表征。研究结果表明,Al2O3载体孔结构对催化剂活性相MoS2有显著影响,从而影响加氢脱硫活性和选择性,其中较大孔径的载体更有利于COS和CS2的有效转化,而较小孔径的载体则更倾向于促进C4H4S和C2H4的转化;此外,具有较大孔径的催化剂不仅展现出更低的积炭倾向,还通过提高Mo物种的分散性,有效调控了MoS2片晶的生长尺寸和层数,从而在COS和CS2的加氢脱硫活性上显示了优异性能。研究结果为高效HDS催化剂的设计与开发开辟了新途径。

    负载型钌催化剂用于氨硼烷水解制氢反应
    赵璐, 吴涵, 刘宪云
    化工学报. 2024, 75(10):  3639-3650.  doi:10.11949/0438-1157.20240335
    摘要 ( 32 )   HTML ( 1 )   PDF (6152KB) ( 23 )  
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    采用浸渍法将Ru分散在WC-C载体上制备了Ru/WC-C催化剂,测试了其氨硼烷水解制氢反应性能。通过X射线衍射、透射电子显微镜和X射线光电子能谱对催化剂的物相、形貌和表面元素状态进行了表征。结果表明,Ru均匀分散于WC的表面和周围,与WC之间的电子协同效应促进了氨硼烷水解制氢。在298 K,碱性溶液的条件下,氨硼烷水解反应性能与Ru的含量有关,随着Ru含量的增加,产氢时间缩短,Ru的质量分数为2%的2%Ru/WC-C催化剂完全产氢时间为3.5 min,其氢气的产氢速率值为573.0 min-1,反应活化能为45.3 kJ·mol-1。其在中性水溶液中氢气的产氢速率值仍高达136.2 min-1。WC-C载体的应用可有效地促进反应过程中水分子的活化,进而改善Ru催化剂的性能,这为开发高效的氨硼烷水解制氢催化剂提供了新途径。

    分离工程
    离子液体萃取分离FCC柴油中双环芳香性硫氮组分:实验和分子机理
    蒋斯麒, 胡玉峰, 程永强, 刘清华, 雷志刚
    化工学报. 2024, 75(10):  3651-3659.  doi:10.11949/0438-1157.20240370
    摘要 ( 74 )   HTML ( 5 )   PDF (2815KB) ( 140 )  
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    萃取技术可以作为加氢脱硫脱氮工艺的重要补充用于分离油品中芳香性硫氮组分。在分子尺度和实验尺度对离子液体萃取分离苯并噻吩和喹啉进行探讨,利用COSMO-RS模型从37种常见离子液体中确定1-乙基-3-甲基咪唑双氰胺盐([EMIM][DCA])为最佳离子液体萃取剂。通过液液相平衡实验证明了[EMIM][DCA]萃取分离苯并噻吩和喹啉的可行性,再生实验表明所选离子液体在5次循环中萃取性能始终保持稳定。在分子尺度揭示了萃取过程的分离机理,分子动力学模拟和量子化学计算结果表明离子液体与苯并噻吩/喹啉之间形成的π-π相互作用和C—H…N氢键相互作用是离子液体高效分离苯并噻吩和喹啉的主要作用力。研究结果可为新型高效萃取剂设计提供理论指导。

    水煤浆煤气化细渣水流分级提炭分质
    高晨明, 张乾, 魏洋, 张宝霖, 王奇, 李向阳, 李乐, 薛斌, 黄伟
    化工学报. 2024, 75(10):  3660-3668.  doi:10.11949/0438-1157.20240299
    摘要 ( 79 )   HTML ( 3 )   PDF (2328KB) ( 36 )  
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    针对传统浮选存在药剂消耗量大,分质效率低等问题,采用无须添加药剂,通过叶轮搅拌和上升水流作用分选的新型水流分级装置,考察了直接水流分级、先筛分再逐级分级以及宽粒级水流分级对水煤浆煤气化细渣的提炭分质特性。结果显示,水流分级的浮渣产率随叶轮转速、水流速增加而增加,浮渣烧失量则呈先增加后降低趋势。相较于直接水流分级,对气化渣先筛分再水流分级可避免灰渣细颗粒(<0.074 mm)中炭灰难以有效分离的问题,从而显著提升其提炭效率。采用宽粒级(>0.074 mm)筛分,再对水流分级条件优化,可实现提取浮渣烧失量达84.44%,可燃体回收率达65.85%,综合效率达43.39%。本研究表明通过预筛分再水流分级,可实现煤气化渣的高效提炭分质。

    三丁基(丙基)季离子液体对VOCs的吸收性能及机理
    赵非凡, 朱佳媚, 康洁, 檀亮, 段靖瑜
    化工学报. 2024, 75(10):  3669-3680.  doi:10.11949/0438-1157.20240296
    摘要 ( 59 )   HTML ( 2 )   PDF (3877KB) ( 21 )  
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    为拓展和探究离子液体在挥发性有机物(VOCs)吸收领域的潜在应用和机理,以乙醚、丙酮和二氯甲烷为VOCs代表,模拟计算了三种季类离子液体(PILs),即三丁基(丙基)季四氟硼酸盐([P4443][BF4])、三丁基(丙基)季双三氟甲基磺酰亚胺盐([P4443][Tf2N])、三丁基(丙基)季三氟乙酸盐([P4443][CF3COO])吸收单分子和多分子VOCs的活性位点、氢键、吸收能(Eabs)、电荷等。研究表明,PILs与三种VOCs之间均形成了氢键并伴随电荷转移,阴离子对乙醚和丙酮吸收的影响不显著;阴离子对二氯甲烷的吸收则起主要作用,[CF3COO]-Eabs值明显较大。[P4443]+类离子对一般具有3个类似的吸收活性位点,其容纳VOCs分子的空间主要由阳离子提供。离子液体的双离子对空间结构分析表明,由碱性弱且体积较大阴离子组成的PILs更容易暴露其吸收位点。实验研究进一步表明,相比咪唑类离子液体,PILs表现出优异的VOCs吸收能力。

    过程系统工程
    微反应器内气液磺化反应收率和能耗建模及多目标优化
    于嘉朋, 徐娜, 张玮, 康清源, 张鸿, 秦睦轩, 方嘉宾
    化工学报. 2024, 75(10):  3681-3690.  doi:10.11949/0438-1157.20240357
    摘要 ( 109 )   HTML ( 5 )   PDF (2732KB) ( 47 )  
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    气液微磺化技术因其安全、高效、低成本,是一种极具发展潜力的新型磺化方法。但由于磺化反应体系高黏的特点,在小尺寸通道内流动时压降非常大,显著提高微反应器能耗,实现微反应器高效热质传递性能与气液磺化反应体系高压降之间的优化调控对气液微磺化技术的实际推广应用具有重要意义。通过实验测试研究了气液微磺化反应过程的压降特性及各影响因素的作用机制,并基于量纲分析法建立了4种不同结构微反应器的气液磺化收率与能耗预测模型。为了实现高产率和低能耗,采用改进的NSGA-Ⅱ算法优化影响磺化产物收率和反应过程能耗的关键工艺参数。其中C-ES(十字形混合区+含膨胀单元的直通道反应区)型微反应器内,在气速为6.422 m/s、液速为0.0147 m/s、反应时间为91.464 min条件下,收率达到89.771%,能耗仅1.609 kW/t,证明C-ES型微反应器有效传质效率高,在低能耗下能显著强化气液两相传质性能。以上研究可为以高收率、低能耗为目标的微反应器结构设计及操作条件优化提供理论依据。

    表面与界面工程
    微间隙高速流体效应对箔片柱面气膜密封性能的影响
    江澳翔, 陈源, 李运堂, 江锦波, 彭旭东, 章聪, 王冰清
    化工学报. 2024, 75(10):  3691-3704.  doi:10.11949/0438-1157.20240505
    摘要 ( 52 )   HTML ( 1 )   PDF (5789KB) ( 188 )  
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    以超临界二氧化碳为润滑介质,考虑湍流、阻塞、惯性等高速流体效应建立箔片柱面气膜密封润滑理论模型,研究不同高速流体效应组合下密封端面流场、箔片变形的变化规律,揭示了高速高压超临界二氧化碳箔片柱面气膜密封的运行机理,进一步分析工况和结构参数对密封性能的影响规律,获得了结构参数的优选范围。结果表明:湍流效应对超临界二氧化碳箔片柱面气膜密封润滑界面流场和密封性能影响较大,阻塞效应和惯性效应影响相对较小;各流体效应之间存在交互作用,湍流效应会使阻塞出口边界压力减小,惯性效应会使阻塞出口边界压力增大,湍流效应条件下惯性效应对气膜浮升力的影响作用更为显著;当长径比取2.0~2.5、柔度系数取0.001~0.003时,密封性能较优。

    能源和环境工程
    低共熔溶剂捕集烟气CO2模拟研究
    孙琼, 杨富鑫, 谭厚章, 王晓坡
    化工学报. 2024, 75(10):  3705-3717.  doi:10.11949/0438-1157.20240441
    摘要 ( 104 )   HTML ( 3 )   PDF (1454KB) ( 46 )  
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    开发新型吸收剂是碳捕集的重要研究方向。低共熔溶剂(DES)是由两种或多种化合物通过氢键结合的混合物,被视为一种具有潜力的绿色溶剂。以氯化胆碱/尿素(ChCl/urea)(摩尔比1∶2)、氯化胆碱/甘油(ChCl/Gly)(1∶2)和氯化胆碱/乙二醇(ChCl/EG)(1∶2)作为吸收剂,基于Aspen Plus建立DES的热力学模型,回归汽液相平衡等物性相关参数,使用COAMO-SAC模型预测N2、O2在DES中的溶解度并构建CO2捕集工艺流程,研究吸收压力、吸收温度、塔板数以及CO2浓度对捕集系统的影响。结果表明,CO2捕集率为90%、CO2纯度为90%的前提下,ChCl/urea(1∶2)、ChCl/Gly(1∶2)、ChCl/EG(1∶2)的再生能耗比胺溶液捕集系统分别降低35.17%、35.00%、15.28%。综合考虑3种DES的再生能耗、吸收剂需求量和吸收剂损失量,ChCl/Gly(1∶2)最具应用前景。相关研究可为DES工业捕集CO2的可行性提供一定参考。

    双轴搅拌反应器内Ca(OH)2/CaO热化学储热体系的放热研究
    吕潇峻, 赵长颖, 闫君
    化工学报. 2024, 75(10):  3718-3729.  doi:10.11949/0438-1157.20240111
    摘要 ( 52 )   HTML ( 0 )   PDF (4034KB) ( 15 )  
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    针对Ca(OH)2/CaO热化学储热体系的放热过程,提出了双轴搅拌反应器并对其“三传一反”过程进行了数值研究,揭示了体系反应的多物理场耦合机理,分析了双轴搅拌反应器用于热化学储热的可行性,讨论了体系在双轴搅拌反应器内进行放热反应的特性。结果表明,双轴搅拌反应器改善了体系放热反应的传热传质性能;体系1200 s放热过程的转化率为0.49,峰值放热功率和稳定放热功率分别可以达到5.4 kW和3 kW;通过调节水蒸气分压可以控制体系的反应温区,而较低的初始进口温度不仅可以加快反应进程,还能减少体系的额外预热量;反应器的换热能力会明显影响放热过程进行,特别是在高转速和高填充高度的反应条件下,实际应用中应考虑需求来匹配合适的换热装置。

    焚烧飞灰中六价铬化合物碳热还原脱毒
    赵国栋, 熊卓, 赵永椿, 张军营
    化工学报. 2024, 75(10):  3730-3741.  doi:10.11949/0438-1157.20240058
    摘要 ( 54 )   HTML ( 3 )   PDF (5387KB) ( 26 )  
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    碳热还原是垃圾焚烧飞灰中六价铬化合物还原脱毒的有效手段,但碳热还原条件和飞灰的组分变化会影响铬的形态转化。使用竹炭(bamboo charcoal,BC)和粉末活性炭(powered active carbon,PAC)与Na2CrO4反应探索碳热还原中Cr(Ⅵ) 形态转化的过程,并分析碳热反应中4种氧化物对Cr(Ⅵ)形态转化的影响。实验结果表明,1000℃以下Na2CrO4被还原为NaCrO2,高于1000℃则转化为Cr3C2。氧化物存在时,高于1000℃后Fe2O3与被BC还原的铬反应生成FeCr2O4,在CaO含量高时转化为CaCr2O4;若添加过量BC则仍以Cr3C2为主。在喷钙的飞灰中,CaO与被还原的Cr反应生成CaCr2O4;若添加过量的BC,Cr(Ⅵ)则被还原为Cr3C2

    CO2/CH4混合物理论跨临界增压过程的热力性能研究
    邵明成, 潘玉贵, 王增丽, 赵强
    化工学报. 2024, 75(10):  3742-3751.  doi:10.11949/0438-1157.20240349
    摘要 ( 37 )   HTML ( 0 )   PDF (1602KB) ( 9 )  
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    伴生气增压回注驱油是油气开采中实现碳减排的重要措施,但伴生气主成分为CO2/CH4混合物,组分波动剧烈,且CO2在临界点附近性质极不稳定,这对注气压缩机的稳定性提出了严峻挑战。为厘清CO2/CH4混合物跨临界增压特性,构建了混合物物性PR方程,计算了混合物物性及相态变化规律,明确了安全增压路径。据此构建了CO2/CH4混合物理论跨临界增压热力学模型,得到了混合物跨临界增压过程p-V图、阀片运动规律及指示功率,并对比分析了组分浓度对物性特征及压缩机热力性能的影响机理。研究结果表明:随着CO2浓度升高,饱和气相线向高温区移动,临界温度升高,增压过程中进排气压力损失增大,CO2浓度从20%增加到100%过程中压缩机功耗降低22.93%。相关研究结果可为CO2/CH4混合物跨临界增压压缩机的设计和可靠运行提供理论依据。

    扩散层孔隙率对燃料电池性能的影响
    于瑞佼, 郭航, 叶芳, 陈浩
    化工学报. 2024, 75(10):  3752-3762.  doi:10.11949/0438-1157.20240400
    摘要 ( 108 )   HTML ( 1 )   PDF (2328KB) ( 38 )  
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    气体扩散层是质子交换膜燃料电池的关键部件,在电池内用于支撑和保护质子交换膜和催化剂层,并且为电子传导和气体输运提供通道。孔隙率作为扩散层主要参数,其大小影响扩散层特性,最终影响电池性能。所以,为获得较有利的孔隙率,本文建立三维全电池结块模型,计算定值及沿不同方向阶梯型变化孔隙率对电池性能的影响,并且计算不同电压下对应的最佳孔隙率值。结果表明,增大孔隙率可明显提升浓差极化区电池性能,但是会降低欧姆极化区性能。沿流动方向孔隙率增加可改善电池性能,但是孔隙率变化幅度不宜过大,从脊下到流道下孔隙增加可提升电池性能。不同电压下使得电流密度最大时对应的孔隙率不同,且随电压增加而降低,0.2 V时电流密度可提升5.28%。

    Quilghini变换法在求解密度跃变的水合物热分解Stefan模型精确解中的应用
    李明川, 樊栓狮, 徐赋海, 卢惠东, 李晓军
    化工学报. 2024, 75(10):  3763-3774.  doi:10.11949/0438-1157.20240509
    摘要 ( 56 )   HTML ( 4 )   PDF (1871KB) ( 20 )  
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    利用质量守恒原理建立了考虑密度跃变的天然气水合物热分解Stefan模型,通过对有弱解的均匀散度方程分部积分详细推导一般形式的Rankine-Hugoniot跳跃关系,获得了关于界面速度项三次方形式的Stefan耦合条件,但在工程需要误差范围内三次方可以忽略。在Stefan模型中引入速度项使得模型的精确解难以得到。Quilghini变换将质量转化为空间变量,Stefan模型的速度项消失,成为经典的类Stefan模型,再经Quilghini逆变换得到了密度跃变Stefan模型的精确解析解。通过Matlab编程,结合实例研究了超越方程解、温度分布和分解界面的规律性,探索注入温度和密度跃变对超越方程解、穿透深度、穿透时间和水合物位移的影响,密度跃变引起的误差在工程允许范围内。

    废旧磷酸铁锂电池机械化学固相氧化回收锂机理
    刘家稳, 夏文成, 武锋, 彭耀丽, 谢广元
    化工学报. 2024, 75(10):  3775-3782.  doi:10.11949/0438-1157.20240557
    摘要 ( 122 )   HTML ( 3 )   PDF (1184KB) ( 53 )  
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    采用K2S2O8作为氧化剂,分别通过氧化浸出、机械活化联合氧化浸出、机械固相氧化联合水浸三种方法对废旧磷酸铁锂(LiFePO4)电池正极粉末进行处理。结果表明,在三种方式最优条件下,氧化浸出方式的Li浸出率为89.03%(质量分数)、机械活化联合氧化浸出方式的Li浸出率为92.36%(质量分数),机械固相氧化联合水浸方式的效果最佳,Li浸出率为98.26%(质量分数),此时Fe化合物与Li完全分离,选择性较高。通过添加K3PO4将浸出的锂离子以Li3PO4沉淀的形式提取回收,经电感耦合等离子体质谱仪检测,纯度可达98.67%(质量分数)。X射线衍射和X射线光电子能谱分析浸出机理,结果表明,在机械化学固相氧化过程中,机械力不仅诱导了LiFePO4粒度的减小,还作为氧化反应的驱动力,使得Li+迁出,Fe(Ⅱ)被氧化为Fe(Ⅲ),为之后的水浸过程提供了良好条件,实现了Li和Fe的选择性分离。

    利用群体感应抑制剂表面改性制备抗生物污染反渗透膜
    刘莹莹, 钱月, 董鑫宇, 乾鑫龙, 何媛, 刘美君, 张海丰, 王志
    化工学报. 2024, 75(10):  3783-3792.  doi:10.11949/0438-1157.20240453
    摘要 ( 32 )   HTML ( 2 )   PDF (4187KB) ( 31 )  
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    利用乙醇/水溶液溶解群体感应抑制剂邻氨基苯甲酸甲酯(MA),通过化学接枝反应将MA引入到聚酰胺反渗透膜表面。乙醇作为活化溶剂可起溶解聚酰胺低聚体和溶胀分离层的作用,提高膜渗透性。联合溶剂活化和接枝MA后的改性膜表面亲水性提高,粗糙度降低,水通量高于原膜并保持高盐截留率,同时改性膜具有较好的性能稳定性和耐酸碱稳定性。以大肠杆菌作水体中模拟细菌,考察了膜的抗生物污染性能。与浓度为107 CFU/ml的菌悬液充分接触5 d后,利用10 g/L MA制备的膜表面生物膜面积仅为原膜的0.27%;与浓度为109 CFU/ml的菌悬液接触后,利用5 g/L和10 g/L MA制备的膜表面生物膜面积分别为原膜的0.79%和0.66%。MA的引入抑制了细菌在膜面的增殖。此外,在加入营养液的松花江水中浸泡2 d和5 d后,改性膜的盐截留率降低幅度明显低于原膜。

    钴高度分散于还原氧化石墨烯用于高级氧化降解有机污染物
    李文宁, 陆敏, 殷俞
    化工学报. 2024, 75(10):  3793-3803.  doi:10.11949/0438-1157.20240423
    摘要 ( 67 )   HTML ( 4 )   PDF (4141KB) ( 205 )  
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    在废水处理技术中,基于过氧单硫酸盐(PMS)的高级氧化工艺被认为是降解有机污染物中最高效且绿色的方法之一。在激活PMS的方法中,负载过渡金属的催化剂由于金属离子溶出量低而广受关注,但却面临金属物种易团聚引发的降解活性低的问题。将Co负载在还原氧化石墨烯(rGO)上,经简单方法分别合成了Co高分散的QSCo-rGO和Co团聚的AGCo-rGO。XRD、HRTEM和元素分布研究表明,QSCo-rGO中的Co未发生金属团聚现象,实现了高度分散;而AGCo-rGO中的Co以CoO纳米颗粒的形式团聚。在激活PMS降解苯酚的反应中,QSCo-rGO可在30 min内完成100%的降解,而AGCo-rGO需要90 min。此外,QSCo-rGO展现出较好的可重复性和使用广泛性。机理研究表明,催化剂QSCo-rGO中的Co高度分散,暴露出更多活性金属位点,其通过激活PMS产生非自由基1O2从而高活性降解苯酚。本文可为设计增强降解活性的高级氧化催化剂提供思路。

    类普鲁士蓝衍生物活化过一硫酸盐降解罗丹明B
    陈贵梅, 谢雨芸, 杨有威, 高艳, 王春英
    化工学报. 2024, 75(10):  3804-3814.  doi:10.11949/0438-1157.20240371
    摘要 ( 68 )   HTML ( 4 )   PDF (3362KB) ( 22 )  
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    采用铜铁类普鲁士蓝衍生物(Cu n Fe1-PBAs)活化过一硫酸盐(PMS)降解罗丹明B(RhB),考察铁铜摩尔比、催化剂投加量、PMS与RhB的摩尔比、起始pH和水中常见离子对RhB降解的影响。结果表明:Cu2Fe1-PBAs可以有效活化PMS降解RhB。在RhB浓度为20 mg/L,Cu2Fe1-PBAs用量为0.6 g/L,PMS浓度为0.513 g/L,碱性条件时最有利于RhB降解。NO3-HCO3-、Cl-促进RhB的降解,SO42-抑制RhB的降解。硫酸根自由基(SO4-·)、羟基自由基(·OH)、单线态氧(¹O₂)和超氧自由基(·O2-)均参与Cu2Fe1-PBAs活化PMS降解RhB反应过程。

    材料化学工程与纳米技术
    溶液环境对液相纳米颗粒体系分散稳定性的影响
    徐娜, 李子璇, 刘子璐, 吕耀东, 张释文
    化工学报. 2024, 75(10):  3815-3824.  doi:10.11949/0438-1157.20240355
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    分散剂对纳米颗粒的分散效果受溶液环境影响显著。借助粗粒化分子动力学模拟方法,研究了酸碱度、温度及分散剂浓度三个溶液环境因素对含有分散剂的液相纳米颗粒体系分散稳定性的影响。发现分散剂对纳米颗粒的分散性能主要取决于分散剂在纳米颗粒表面的吸附以及分散剂之间的聚集这两个因素,通过两个因素的协同作用实现对纳米颗粒的有效分散。在影响纳米颗粒分散的机制上,分散剂浓度影响吸附于纳米颗粒表面及相互连接形成聚集体的分散剂的相对数量;不同酸碱度会诱导分散剂水解为不同带电性质的改性结构体;温度影响分散剂之间以及分散剂与其他个体之间的连接稳定性。研究可为液相纳米颗粒体系分散稳定性控制提供理论依据。

    过程安全
    无氟泡沫灭火剂真火实验与分子动力学模拟
    贾海林, 曾锦祥, 潘荣锟, 潘仕利, 周凯旋
    化工学报. 2024, 75(10):  3825-3834.  doi:10.11949/0438-1157.20240397
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    针对低碳醇调控碳氢和有机硅表面活性剂制备无氟泡沫灭火剂路线的广泛适用性以及小尺度灭火实验评价灭火效果的局限性,选取一种新型有机硅表面活性剂SILOK与两类碳氢表面活性剂CHX-3和SDS为关键组分,开展无氟泡沫灭火剂的复配方案设计、泡沫性能测试、真火灭火实验和分子动力学模拟。测试结果表明:CHX-3/SILOK/异丁醇和SDS/SILOK/异丁醇两类复配体系5种复配方案的无氟泡沫灭火剂均具有良好的泡沫基础性能,设计方案的表面张力为20.3~22.7 mN/m,稳泡系数为0.9617~0.9762,25%析液时间为203~238 s。相对来说,CHX-3/SILOK/异丁醇的质量分数为0.48%/0.1%/0.03%的Case5配方具有更加优良的泡沫基础性能,表面张力低,发泡性和稳泡性能良好。真火灭火实验证明:CHX-3/SILOK/异丁醇体系的Case5方案,90%控火时间仅为42 s;灭火时间最短,仅为49 s;平均灭火降温速率最大,达到了7.59℃/s。通过分子动力学模拟研究了复配体系的氢键和扩散系数,阐明了CHX-3和SDS对泡沫稳定性和表面张力的影响规律。研究成果能够为无氟泡沫灭火剂的开发、应用和推广提供数据支持和理论支撑。